EP0874750B1 - Verfahren zur bestimmung von grössen, die das fahrverhalten eines fahrzeugs beschreiben - Google Patents

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EP0874750B1 EP97901584A EP97901584A EP0874750B1 EP 0874750 B1 EP0874750 B1 EP 0874750B1 EP 97901584 A EP97901584 A EP 97901584A EP 97901584 A EP97901584 A EP 97901584A EP 0874750 B1 EP0874750 B1 EP 0874750B1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/172—Determining control parameters used in the regulation, e.g. by calculations involving measured or detected parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D37/00—Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2210/00—Detection or estimation of road or environment conditions; Detection or estimation of road shapes
    • B60T2210/20—Road shapes
    • B60T2210/22—Banked curves

Definitions

  • the present invention relates to a method for determination of sizes that reflect the driving behavior of a four-wheeler Describe vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • Signals are supplied to a computing device which represent the longitudinal acceleration a x , the vehicle speed in the longitudinal direction v x , the lateral acceleration a y and the yaw angular velocity ⁇ ⁇ , at least the float angle ⁇ being derived on the basis of these measured variables in the computing device using a vehicle model.
  • pitch and roll movements of the vehicle are assumed to be negligible in order to be able to set the rotational speeds around the vehicle's longitudinal and transverse axes to zero and thus to simplify a complex system of equations.
  • the vehicle lateral acceleration is also assumed to be that which is detected by vehicle-mounted lateral accelerometers, so that lateral road inclinations are also assumed to be lateral accelerations. This inevitably leads to errors in the calculation of the float angle. Therefore, it cannot be guaranteed that the regulation will lead to the desired driving behavior even when driving with a bank without taking the bank angle into account.
  • Another method is known from GB 2280651 A, which is used for determining sizes that characterize the driving behavior of a vehicle. For this become the longitudinal acceleration, the vehicle speed in the longitudinal direction, the lateral acceleration and the yaw rate as measured quantities in the Computing device using a vehicle model processed and the float angle calculated from it. In addition, other parameters such as the steering angle, the individual wheel speeds and the angle of inclination Road to determine the driving behavior of a vehicle used and processed in the computing device.
  • the stability or good quality of the yaw moment control also with a roadway bank and / or at Ensuring a rolling movement of the vehicle is one Bank detection necessary. This is done by a Calculation of the bank angle.
  • the controller ie the computing device, can bank be interpreted that it is robust against bank is working.
  • the present invention is based on the object To create methods of the type mentioned, which in is able to bank the vehicle from a real one To distinguish lateral acceleration of the vehicle and amount to be stated.
  • the calculation of the bank angle is based on one Coordinate transformation. That of the vehicle-fixed Lateral accelerometer value becomes one other sensor signals calculated value of the earth-related Lateral acceleration related.
  • Earth-related means that the z-axis of the coordinate system in the direction of gravity runs while the x and y axes are perpendicular point in the vehicle's longitudinal and transverse directions.
  • the earth-related lateral acceleration of the vehicle can, for example from a measured or calculated yaw rate and the vehicle's longitudinal speed or off the individual wheel speeds of one right and one left vehicle wheel can be calculated.
  • a portion of the Bank angle can be shown as roll angle by the measured, vehicle-related lateral acceleration with a vehicle-specific, load-dependent factor is multiplied, preferably once by in advance Test measurements determined and in the vehicle's own Computing device is stored.
  • this calculation can be carried out either by approximation according to the Taylor series development or according to the Newton iteration method.
  • the approximations after the Taylor series expansion a 2 q + g 2 ⁇ g + a 2 q 2g - a 4 q 8g 3 arccos (x) ⁇ ⁇ 2 - x - x 3 6 are: These approximations then result in the equation: With x sq.m.
  • the factor k can be determined vehicle-specifically by a driving test on a flat roadway with the aid of a special roll angle measuring system, namely: k ⁇ - ⁇ m a sq.m. where ⁇ m is the roll angle measured by the measuring system.
  • the bank detection was made during a driving test in a test steep curve without switching on the Yaw moment controller used for testing.
  • the Root calculation using the Newton iteration method performed because the root function is already in the integer programming is available.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Größen, die das Fahrverhalten eines vierrädrigen Fahrzeugs beschreiben, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist in der DE 42 26 749 A1 beschrieben. Es werden einer Recheneinrichtung Signale zugeführt, die die Längsbeschleunigung ax, die Fahrzeuggeschwindigkeit in Längsrichtung vx, die Querbeschleunigung ay und die Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ ˙ repräsentieren, wobei aufgrund dieser gemessenen Größen in der Recheneinrichtung unter Verwendung eines Fahrzeugsmodells zumindest der Schwimmwinkel β abgeleitet wird. Im Verlauf der Rechnung werden Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeugs als vernachlässigbar klein angenommen, um die Drehgeschwindigkeiten um die Fahrzeuglängs- und - querachse gleich Null setzen zu können und somit ein komplexes Gleichungssystem zu vereinfachen. Auch die Fahrzeugquerbeschleunigung wird als die angenommen, welche von fahrzeugfesten Querbeschleunigungsmessern erfaßt wird, so daß auch seitliche Fahrbahnneigungen als Querbeschleunigungen angenommen werden. Dies führt zwangsläufig zu Fehlern bei der Berechnung des Schwimmwinkels. Deshalb kann nicht gewährleistet werden, daß die Regelung ohne Berücksichtigung der Querneigung auch bei Fahrten mit Querneigung zum gewünschten Fahrverhalten führt.
Aus der GB 2280651 A ist ein weiteres Verfahren bekannt, welches für die Bestimmung von Größen eingesetzt wird, die das Fahrverhalten eines Fahrzeugs charakterisieren. Hierzu werden die Längsbeschleunigung, die Fahrzeuggeschwindigkeit in Längsrichtung, die Querbeschleunigung und die Gierwinkelgeschwindigkeit als gemessenen Größen in der Recheneinrichtung unter Verwendung eines Fahrzeugsmodells verarbeitet und der Schwimmwinkel daraus berechnet. Zusätzlich werden weitere Meßgrößen wie der Lenkwinkel , die einzelnen Radgeschwindigkeiten und der Neigungswinkel der Straße zur Bestimmung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs herangezogen und in der Recheneinrichtung verarbeitet.
Um die Stabilität bzw. eine gute Qualität der Giermomentenregelung auch bei einer Fahrbahnquerneigung und/oder bei einer Wankbewegung des Fahrzeugs zu gewährleisten, ist eine Querneigungserkennung notwendig. Dies erfolgt durch eine Berechnung des Querneigungswinkels. Bei einer erkannten Querneigung kann der Regler, also die Recheneinrichtung, so ausgelegt werden, daß er gegenüber Querneigung robust arbeitet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches in der Lage ist, eine Querneigung des Fahrzeugs von einer echten Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu unterscheiden und betragsmäßig anzugeben.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit des kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Berechnung des Querneigungswinkels basiert also auf einer Koordinatentransformation. Der vom fahrzeugfesten Querbeschleunigungsmesser erfaßte Wert wird zu einem aus anderen Sensorsignalen berechneten Wert der erdbezogenen Querbeschleunigung in Bezug gesetzt. Erdbezogen soll heißen, daß die z-Achse des Koordinatensystems in Gravitationsrichtung verläuft, während die x- und die y-Achse senkrecht hierzu in Fahrzeuglängs- und -querrichtung weisen.
Die erdbezogene Querbeschleunigung des Fahrzeugs kann beispielsweise aus einer gemessenen oder berechneten Gierwinkelgeschwindigkeit und der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit oder aus den einzelnen Radgeschwindigkeiten je eines rechten und eines linken Fahrzeugrades berechnet werden.
Falls gewünscht, kann auf einfache Weise noch ein Anteil des Querneigungswinkels als Wankwinkel ausgewiesen werden, indem die gemessene, fahrzeugbezogene Querbeschleunigung mit einem fahrzeugspezifischen, beladungsabhängigen Faktor multipliziert wird, der vorzugsweise einmalig vorab durch Versuchsmessungen ermittelt und in der fahrzeugeigenen Recheneinrichtung abgelegt wird.
Eine nähere Erläuterung des Erfindungsgedankens erfolgt nun unter Zuhilfenahme einer Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt das Verhältnis des fahrzeugbezogenen Koordinatensystems (x',y',z') zum erdbezogenen Koordinatensystem (x,y,z), wobei in diesem Beispiel angenommen wird, daß das Fahrzeug keinen Längsneigungswinkel zur Horizontalen einnimmt (x = x'). Die Transformation läßt sich anhand der Figur durch folgende Gleichung darstellen. aqm = aq cos αq - g sin αq
Dabei sind die in der Figur verwendeten Variablen wie folgt definiert:
aq
Querbeschleunigung bezüglich des ursprünglichen Koordinatensystems
aqm
gemessene Querbeschleunigung bezüglich des Fahrzeugkoordinatensystems;
g
Erdbeschleunigung (Gravitation);
αb
Fahrbahnquerneigungswinkel;
χ
Wankwinkel;
αq = αb + χ
Fahrzeugquerneigungswinkel bezüglich des ursprünglichen Koordinatensystems.
Aus (1) folgt: aqm = a2 q + g2 cos (ϒ - αq) (2) ϒ = 360°- arccos aq a2 q + g2 wobei:       Nach (2)
und der Figur gilt: ϒ- αq = 360°- arccos aqm a2 q + g2       Aus (2) und (3)
folgt: αq = arccos aqm a2 q + g2 - arccos aq a2 q + g2
Um den Rechenaufwand zu reduzieren bzw. in Integer zu programmieren, kann diese Berechnung entweder durch Approximierung nach der Taylor-Reihenentwicklung oder nach dem Newton-Iterationsverfahren durchgeführt werden.
Die Approximationen nach der Taylor-Reihenentwicklung a2 q + g2 ≅ g + a2 q 2g - a4 q 8g3 arccos(x) ≅ Π2 - x - x3 6 lauten:Durch diese Approximationen ergibt sich dann die Gleichung:
Figure 00060001
mit xqm = aq a2 q + g2 ≅ aq g + a2 q 2g - a4 q 8g3 und xq = aq a2 q + g2 ≅ aq g + a2 q 2g - a4 q 8g3
Das Newton-Iterationsverfahren ist bekannt und wird deshalb hier nicht weiter verfolgt.
Die Querbeschleunigung aq bezüglich des urprünglichen Koordinatensystems kann entweder durch aq ≅ vfzg(Ψ + β) ≅ vfzg Ψ oder durch eine der nachfolgenden Gleichungen aq = V2 hr - V2 hl 2S    aq = V2 vr - V2 vl 2S aq = V2 vr - V2 vl 2S    aq = V2 hr - V2 hl 2S nachgebildet werden, wobei folgende Bezeichnungen verwendet wurden:
vfzq
Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit;
β ˙
Schwimmwinkelgeschwindigkeit;
Ψ ˙
Gierwinkelgeschwindigkeit;
vvr
Radgeschwindigkeit vorne rechts;
vvl
Radgeschwindigkeit vorne links;
vhr
Radgeschwindigkeit hinten rechts;
vhl
Radgeschwindigkeit hinten links;
S
Spurweite des Fahrzeuges.
Im folgenden wird eine Möglichkeit zur Ermittlung des Wankwinkels angegeben. Wie in der Literatur beschrieben, z.B. in Mitschke, Dynamik der Kraftfahrzeuge, Band C, Springer-Verlag 1990, ist die Querbeschleunigung aq bezüglich des ursprünglichen Koordinatensystems von der Fahrzeuggeschwindigkeit und vom Krümmungsradius der Bahnkurve ρ abhängig. Sie ist nach folgender Gleichung zu berechnen: aq = V2 fzg ρ
Der Wankwinkel ist proportional zur Querbeschleunigung, solange die Fahrzeugparameter konstant sind. Nach der Literatur ist der Wankwinkel beim leeren Fahrzeug 8°/g und beim beladenen Fahrzeug 11°/g nicht zu überschreiten. Bei aqm<0 ergibt sich dann χ>0, bei aqm>0 χ<0 und bei aqm=0 χ=0. Dadurch kann die eigene Wankbewegung beim leeren Fahrzeug durch χmax ≅ - aqmk, k = 8°9,81 m/s und beim beladenen Fahrzeug durch χmax ≅ - aqmk, k = 11°9,81 m/s abgeschätzt werden. Der Faktor k kann durch einen Fahrversuch auf einer ebenen Fahrbahn mit Hilfe eines besonderen Wankwinkel-Meßsystems fahrzeugspezifisch ermittelt werden, nämlich: k ≅ - χm aqm wobei χm der durch das Meßsystem gemessene Wankwinkel ist.
Die Querneigungserkennung wurde bei einem Fahrversuch in einer Test-Steilkurve ohne Einschalten des Giermomentenreglers zum Testen eingesetzt. Dabei wurde die Wurzel-Berechnung nach dem Newton-Iterationsverfahren durchgeführt, da die Wurzelfunktion bereits in der Integer-Programmierung vorhanden ist.
Aus den Meßergebnissen war zu erkennen , daß die Querbeschleunigung bezüglich des ursprünglichen Koordinatensystems nach Gleichung (4) von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist. Die Wirkung der eigenen Wankbewegung war aus einem Vergleich der Meßergebnisse bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten festzustellen, da die Fahrbahnneigung bekannt und bei allen Durchläufen dieselbe war. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist die Querbeschleunigung klein und verursacht eine kleine eigene Wankbewegung. Bei einer höheren Querbeschleunigung ist die Wankbewegung unübersehbar. Mit Hilfe des Wankwinkel-Meßsystems kann der Istwert des Querneigungswinkels ermittelt werden, der als Referenzwert für eine Untersuchung der Fahrversuchsergebnisse zur Verfügung steht. Bei Vergleich zwischen dem gemessenen und dem berechneten Querneigungswinkel hat sich ergeben, daß die Berechnung zumindest bei einer nahezu stationären Fahrt zufriedenstellende Ergebnisse liefert.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Bestimmung von das Fahrverhalten eines Fahrzeugs charakterisierenden Größen, wobei das Fahrzeug mit einem fahrzeugfesten Querbeschleunigungsmesser (aqm) und pro Fahrzeugrad mit einem Radsensor zur Erfassung der Radgeschwindigkeit (vvl, vvr, vhl, vhr) sowie zumindest als einspuriges Fahrzeug mit einem Gierratensensor zur Erfassung der Gierwinkelgeschwindigkeit(Ψ ˙) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Fahrzeugkoordinaten (x',y',z') gemessener Wert der Querbeschleunigung (aqm) des Fahrzeugs zu einem in Erdkoordinaten (x,y,z) berechneten Wert (aq) der Querbeschleunigung in Bezug gesetzt wird und durch Auflösung der Gleichung aqm = aq cos αq - g sin αq die Querneigung (αq) des Fahrzeugs bezüglich der Erdkoordinaten (x,y,z) ermittelt wird, wobei mit g die Gravitation bezeichnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der erdbezogenen Querbeschleunigung (aq) nach der Formel aq ≅ Vfzg Ψ erfolgt, wobei vfzg die gemessene oder aus einzelnen Radgeschwindigkeiten ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit ist und Ψ ˙ die gemessene oder berechnete Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der erdbezogenen Qurbeschleunigung (aq) nach einer der Formel aq ≅ vfzg(ψ + β) erfolgt, wobei vfzg die gemessene oder aus einzelnen Radgeschwindigkeiten ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit ist, Ψ ˙ die gemessene oder berechnete Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs und β ˙ die gemessene oder berechnete Schwimmwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich um ein zweispuriges Fahrzeug handelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der erdbezogenen Qurbeschleunigung (aq) nach einer der Formeln aq = V2 xr - V2 xl 2S erfolgt, wobei vxr die Radgeschwindigkeit eines rechten Fahrzeugrades, vxl die Radgeschwindigkeit eines linken Fahrzeugrades und S die Spurweite des Fahrzeugs bezeichnet.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wankwinkel (χ) des Fahrzeugs nach der Formel χ ≅ - aqm k ermittelt wird, wobei k ein beladungsabhängiger, fahrzeugspezifisch ermittelter Faktor ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor k durch eine Messung von in Fahrzeugkoordinaten (x',y',z') gemessener Querbeschleunigung (aqm) und gleichzeitiger Versuchsmessung des Wankwinkels (χm) einmalig nach der Formel k ≅ - χm aqm ermittelt und in einer Recheneinrichtung im Fahrzeug abgelegt ist.
EP97901584A 1996-02-03 1997-01-22 Verfahren zur bestimmung von grössen, die das fahrverhalten eines fahrzeugs beschreiben Expired - Lifetime EP0874750B1 (de)

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